دوزیمتری 2
سه شنبه, ۲۶ مرداد ۱۳۸۹، ۰۷:۱۸ ق.ظ
اشعه x در زندگی :تصمیم
در انجام آزمونهای اشعه x یکی از تصمیمات پزشکی است که بر پایه فواید
آزمایش و ریسکهای بالقوه این پرتوها اخذ می گردد .برای آزمایشات با دز
پائین،تهیه فیلم توسط تکنولوژیست معمولاً تصمیم آسانی است .برای آزمایشات
با دوزبالاتر مثل CT Scan یا آزمونهایی که با ماده حاجب ( dyes ) ید دار یا
باریم انجام می شود ، رادیولوژیست سوابق آزمونهای پرتونگاری بیمار را مد
نظر قرار می دهد .اگر
بیمار آزمونهای پرتونگار متوالی داشته است و اکنون نوع مراقبتهای پزشکی
خود را تغییر داده است ،نگهداری و حفظ آزمونهای پرتونگاری قبلی ، ایده
خوبی است.این به پزشک کمک می کند تا آگاهانه تصمیم بگیرد .همچنین مطلع
نمودن پزشک از حاملگی یا احتمال آن ، قبل از انجام آزمونهای پرتونگاری
مخصوصاً پرتونگاری از شکم یا لگن بسیار مهم است .حاملگی و اشعه x : مثل
تمام
مراقبتهای پزشکی دیگر ، دانستن اینکه بیمار حامله است یا احتمال
حاملگی وجود دارد بسیار مهم است . بطور مثال حاملگی می تواند بسیاری از
علائم یا یافته های پزشکی را موجه کند . وقتی یک بیمار حامله ، مریض است
یا مجروح شده است ، پزشک ، درمانهای پزشکی را بسیار به دقت انتخاب می کند
تا رشد جنین را از خطرات بالقوه مصون نگه دارد. این امر در بکارگیری اشعه x
نیز صادق است . در حالیکه قسمت اعظم آزمونهای پرتونگاری برای جنین های رشد
یافته ، ریسک خطرناک مشخص ندارند ، ممکن است درصد کمی از ابتلا به
بیماریهای جدی وجود داشته باشد . ریسک واقعی بستگی به مدت زمان حاملگی (
ماه چندم حاملگی ) و نوع اشعه x دارد. برای مثال در مطالعات سونوگرافی از
اشعه x استفاده نمی شود و هرگز ریسک مشخص برای حاملگی ندارند . در
پرتونگاری اشعه x
از سر ، بازوها و پاها و ریه ، معمولاً جنین به طور مستقیم اکسپوز نمی
شود و بطور معمول تکنولوژیست تمهیداتی می اندیشد که جنین در بیماران حامله
، به طور مستقیم اکسپوز نشود .گاهی بیماران حامله ، به آزمونهای ناحیه شکم
و لگن نیازمندند . در این صورت پزشک آزمونهای دیگری به جز آزمونهای اشعهx
درخواست خواهد کرد و یا اینکه تعداد آزمونهای پرتونگاری را به حداقل خواهد
رساند .آزمونهای خیلی استاندارد اشعه x از شکم معمولاً ریسک جدی و خطرناکی
برای جنین ندارند . بعضی از آزمونها مثل CT Scan از شکم و لگن مقدار اشعه
زیادی را به جنین در حال رشد می رسانند .مطلع
نمودن رادیولوژیست ازحاملگی یااحتمال آن برای طرح ریزی مراقبتهای پزشکی
مناسب برای بیماروجنین هردو،الزامی است.به یاد داشته باشیدکه این به خاطر
به حداقل رساندن ریسکهای بالقوه درمراقبتهای پزشکیاست.درآزمایشات
تشعشع هسته ای که به عنوان پزشکی هسته ای شناخته می شوند،ازاشعهxاستفاده
می کنند . اما « متد »استفاده از آن کاملاً با اشعه x متفاوت است و تصاویر
کاملاً متفاوت نسبت به تصاویر اشعه x تهیه می شود .بکارگیری همان توصیه
های قبلی در مورد مطلع نمودن پزشکی یا تکنولوژیست پزشکی هسته در مورد
حاملگی یا احتمال آن بسیار مهم است.به
هر حال توصیه دیگر در پزشکی هسته ای به زنان شیرده است .بعضی از داروهایی
که برای آزمونهای پزشکی هسته ای استفاده می شوند ، می توانند وارد شیر
مادر شده و در نتیجه نوزاد آنها را مصرف می کند . برای کم کردن این احتمال
، بهتراست مادر شیرده ، پزشک و تکنولوژیست پزشکی هسته ای را قبل از انجام
آزمایش مطلع کند .ممکن است ازبیمار خواسته شود، شیردهی را برای مدت
کوتاهی قطع کند ، پستانهای خود را تخلیه کرده و شیر را دور بریزد . بعد از
مدت زمان کوتاهی می توان شیردهی را دوباره شروع کرد .دز تشعشعی دریافتی در آزمونهای interventional :آزمونهای
رادیولوژیک interventional
نوعی تصویربرداری تشخیصی هستند که به پزشک برای درمان بیماران در شرایط
خاص کمک می کند . این آزمونها اغلب نتایج پزشکی قابل قبول را با حداقل
زمان بهبودی مهیا می کنند .مثل بقیه آزمونهای پزشکی دیگر ، این آزمونها هم
با ریسکهایی همراه هستند که این ریسکها بستگی به نوع آزمون دارد
.سونوگرافی:گاهی سونوگرافی برای آزمونهای رادیولوژیکی interventional
استفاده می شود . در سونوگرافی از امواج صوتی استفاده می شود که تا کنون
ریسکی در این نوع آزمون با شدتهای مورد استفاده جاری ، شناسایی نشده است
.نوع دیگر آزمونهای interventional ، MRI می باشد . در این نوع آزمونها
Screening خیلی دقیقی قبل از آزمون انجام می شود .Screening
به خاطر اطمینان از این است که بیمار قبلاً آزمون پزشکی دیگری نداشته و یا
از مواد آرایشی که انجام آزمون را با خطر مواجه می کند استفاده نکرده است
.در آزمونهای رادیولوژیک interventional که از اشعه x
استفاده می شود ، درصد خطر بستگی به نوع آزمون دارد . زیرا گاهی از تشعشع
خیلی کم استفاده می شود در حالیکه در آزمونهای پیچیده تشعشع بیشتری بکارمی
رود .به طور کلی ، ریسک ایجاد کانسر در اثر اکسپوژر آنقدرها قابل توجه نیست
وقتی که فوائدآزمون رادرنظر می گیریم .در بسیاری از آزمونهای پیچیده مثل
آنهایی که برای بازکردن انسدادهای عروق خونی بکار می روند یا درمان نواحی
از
عروق که در اثر برآمدگی ضعیف شده اند یا به جریان انداختن غیر مستقیم
خون ، درون عروق تغییر شکل یافته ، از مقدار تشعشع بسیار زیادی استفاده می
شود .اما فواید انجام این آزمونهای پیچیده نجات زندگی بیمار است و تشعشع
یا پرتوگیری در درجه دوم اهمیت قرار دارد .در
موارد بسیار نادر در نتیجه این آزمونها ، بیمار معمولاً مشکلات پوستی
پیدا می کند . به هر حال در آزمون های جراحی ، این موارد نادر محتمل به
نظر می رسند وقتی که آزمون دشوار و طولانی است .از آنجایی که ریسک این
مشکلات بستگی به شرایط فردی دارد ، پزشک باید درباره وقوع این احتمالات
بیمار را آگاه کند . دوزیمتری پرتو توسط کالریمتردوز
جذب می تواند مستقیماً با مشاهده آثار حرارتی ایجاد شده توسط پرتو یونیزان
در ماده مورد نظر اندازه گیری شود . ولی در عمل مشکلات زیادی وجود دارد .
اولین بار ( 1929 ) Stahel سعی کرد انرژی جذب شده در واحد حجم آب ، هنگامی
که در معرض فوتونهای پرانرژی قرار دارند را با استفاده از ترکیبی از
کالریمتر و یک اتاقک یونیزاسیون پرازآب اندازه گیری نماید . نتایج این
اندازه گیری دقیق نبود .ولی در 1956 از یک کالریمتر برای اندازه گیری دوز
جذب در جرم کم از ماده به طور موفقیت آمیز استفاده شد . اصولاً کالریمتر
یک روش اساسی اندازه گیری دوز جذب است ، ولی غیر حساس بوده و معمولاً نیاز
به وسائل پیچیده ای دارد ، به آسانی قابل حمل نبوده و به طور تجاری در
دسترس نمی باشد ، به کندی عمل نموده و از زمانی که برای اندازه گیری تنظیم
می شود مدتی طول می کشد تا به پایداری حرارتی برسد . در نتیجه کالریمتر
معمولاً برای کارهای استاندارد و یا کاربردهای تحقیقاتی محدود می شود .کالریمترها
از نظر اندازه گیری به دو نوع هم دما ( ایزوترم ) و غیر هم دما تقسیم می
شوند . کالریمترهای هم دما ، مانند کالریمتر یخی ، تغییرات فازی در یک
درجه حرارت مشخص را که در اثر جذب انرژی به وجود می آید ، اندازه گیری می
نمایند . حال آنکه کالریمترهای غیر هم دما مقدار انرژی جذب شده را توسط
تغییرات درجه حرارت اندازه گیری نموده ، و معمولاً به دو صورت با درجه
حرارت محیط ثابت و بی دررو ( آدیاباتیک ) مورد استفاده قرار می گیرند .اندازه
گیری دوز جذب پرتو معمولاً توسط یک سیستم مناسب غیر هم دما که از اصول هر
دو روش آن استفاده نموده و کالریمترهای شبه بی دررو نامیده می شود ، انجام
می گردد .کالریمترهای هم دما : از
دیر باز برای اندازه گیری فرآیندهای حرارتی طولانی مدت استفاده می شده است
. مخلوط آب و یخ جدا شده از محیط اطراف ، قادر است درجه حرارت ثابت و
تکرارناپذیری تا حدود ˚C4-10 را ایجاد نماید . در این گونه کالریمترها
ماده جاذب انرژی مخلوط آب و یخ بوده که عملاً هیچگونه تبادل انرژی با پوشش
آب_یخ اطراف آن نداشته و با جذب انرژی تغییراتی در حجم یخ کالریمتر در اثر
تغییر فاز یخ به آب به وجود می آید . بنابراین چنانچه آب و یخ در تعادل
ترمودینامیکی باشند ، مقدار یخی که تغییر فاز می دهد متناسب با انرژی
توزیع شده در ماده جاذب است . این نوع کالریمترها در اندازه گیری های
میکروکالیمتری( برای اندازه گیری اشعه ) مناسب نیستند .کالریمترهای غیر هم دما :الف
_ با توجه حرارت محیط ثابت : در این نوع کالریمترها ماده جاذب انرژی در
پوششی با درجه حرارت ثابت و یکنواخت محصور بوده و معمولاً از آن برای
اندازه گیری فرآیندهای حرارتی کوتاه مدت ، خصوصاً با تندی ثابت استفاده می
شود . مزیت این کالریمترها در این است که انرژی مبادله شده توسط جاذب
کالریمتر با پوشش توسط قوانین شار انرژی قابل محاسبه و اصلاح است . برای
پوشش درجه حرارت ثابت معمولاً از مخلوط آب و یخ استفاده می شود .ب _
کالریمترهای بی دررو : چنانچه جسمی هیچگونه تبادل حرارتی با محیط نداشته
باشد ، بنا به تعریف تعادل بی دررو دارد . و این در صورتی است که درجه
حرارت جسم و محیط اطرافش همواره یکسان باشد . در یک سیستم کالریمتری
چنانچه تغییرات درجه حرارت در اثر اتلاف حرارت نسبت به درجه حرارت قابل
اندازه گیری ناچیز باشد ، عملاً آن را سیستم بی دررو می نامند . در این
سیستم ها ماده ای که دوز جذب در آن اندازه گیری می شود ، به نام ماده جاذب
یا عنصر حرارتی ، با توده ای از مواد ، معمولاً به نام پوشش ، محصور شده و
مجموعه در داخل جرم بیشتری از مواد به نام محافظ محصور وجدا می شود .
بسته به نحو کار کالریمتر در داخل یا برخی قسمتها ، اعم از عنصر حرارتی ،
پوشش و حفاظ وسایل حساس به درجه حرارت ( ترمیستر یا ترموکوپل ) و گرم کن
الکتریکی نصب شده است . با استفاده از این وسائل پوشش اطراف ماده جاذب به
گونه ای کنترل می شود که همواره درجه حرارت ماده جاذب را داشته باشد .
مزیت این سیستم ها کاهش اتلاف حرارتی و اشکال آن عدم امکان ارزیابی یا
اصلاح این اتلاف ، هر چند جزئی ، می باشد .ج – کالریمترهای شبه بی
دررو : در این سیستم برای کاهش اتلاف حرارت ، درجه حرارت پوشش به گونه ای
تغییر داده می شود که همواره تبادل حرارتی با ماده جاذب کالریمتر ناچیز
باشد . به علاوه در این سیستم می توان اتلاف حرارتی هر چند ناچیز را با
استفاده از منحنی درجه حرارت _ زمان در عنصر حرارتی ارزیابی نمود . اصول
این نوع کالریمتر را می توان به راحتی با شکل شماتیکی10-1 توضیح داد .
ملاحظه می شود عنصر حرارتی ( ماده جاذب کالریمتر ) توسط پوشش احاطه شده و
تغییر درجه حرارت پوشش توسط حفاظ اطراف آن و از طریق یک مکانیزم کنترلی
بیرونی انجام می شود . در این شکل منحنی های تغییرات درجه حرارت ماده حاجب
، پوشش و حفاظ اطراف آن نسبت به زمان برای یک اندازه گیری کالریمتری نشان
داده شده است .درجه حرارت حفاظ قبل از آغاز اندازه گیری برای مدتی
ثابت نگه داشته می شود تا درجه حرارت ماده جاذب و پوشش ان نیز به درجه
حرارت تعادل برسد . چنانچه این زمان به قدر کافی باشد ، میزان تغییرات
درجه حرارت به مقادیر بسیار ناچیزی کاهش می یابد . به عبارت دیگر مبادله
حرارت با پوشش ناچیز می شود . در این لحظه می توان تابش پرتو به کالریمتر
را آغاز نمود . همزمان با تابش پرتو با تندی معین ، بایستی درجه حرارت
پوشش نیز با اعمال انرژی با همان تندی افزایش یابد. زیرا چنانچه افزایش
میزان درجه حرارت در هر دو یکسان باشد ، مبادله حرارت کماکان ناچیز باقی
می ماند . برای این کار درجه حرارت حفاظ در طول تابش پرتو بایستی درجه
حرارت ماده جاذب را به طور خطی تعقیب نموده و با همان تندی افزایش یابد .
کنترل بی دررو درجه حرارت حفاظ می تواند به طور دقیق توسط کنترل فیدبک
خودکار انجام شود .در انتهای زمان تابش اشعه ، به طور همزمان کلیه
اعمال حرارتی قطع می شود . در این حالت سیستم در وضعیت جدیدی از حالت
تعادل بوده و می تواند اندازه گیری جدیدی را شروع نماید . در صورت کنترل
صحیح درطول اندازه گیری مبادله ناجیز حرارت نبایستی تغییر نماید . اگر
مبادله حرارتی بین ماده جاذب و پوشش در آغاز آزمایش صفر بوده و میزان
افزایش درجه حرارت در هر دو دقیقاً یکسان باشد، سیستم آدیاباتیک کامل بوده
و نیازی به هیچگونه اصلاحی ندارد . ولی عملاً آغاز آزمایش مبادله حرارتی
ناچیزی وجود داشته و میزان افزایش درجه حرارت جاذب و پوشش و حفاظ کاملاً
یکسان تنظیم نمی شود ، بنابراین در انتهای اندازه گیری مبادله حرارتی
متفاوتی وجود دارد . با ثبت منحنی های درجه حرارت –زمان در کالریمتر و
مشخص شدن سابقه درجه حرارت پوشش ، هر گونه اتلاف انرژی می تواند ارزیابی
شده و اصطلاحاً مربوط به آن در محاسبه دوز جذب اعمال شود .کالریمتری
که در 1956 برای اندازه گیری دوز جذب استفاده شد ، یک کالریمتر همگن بود
که به روش شبه بی دررو عمل می نمود . در این نوع کالریمترها جرم کمی از
ماده جاذب با جرم بیشتری از همام ماده محصور شده و به وسیله یک شکاف باریک
و تخلیه شده از هوا از نظر حرارتی جدا می گردد . پوشش به نوبه خود با جرم
بیشتری از مواد به صورت حفاظ محصور و جدا می شود . هنگام تابش به روش شبه
بی دررو عمل شده و درجه حرارت پوشش دقیقاً درجه حرارت عنصر حرارتی را
تعقیب می نماید . با افزایش درجه حرارت پوشش تا درجه حرارت عنصر حرارتی ،
می توان اتلاف حرارتی آن را کاهش داد . اتلاف حرارت از پوشش به طرف حفاظ
پدیده مرتبه دوم است . در این کالریمترها هنگام درجه بندی مقدار معینی
انرژی حرارتی به گرم کن نصب شده در عنصر حرارتی داده می شود .چنانچه
عنصر حرارتی در کالریمتر آب با ظرفیت حرارتی ویژه در حدود J/kg˚C4200 باشد
، برای دوز جذب 2 گری ( rad 200 )، معادل دوز جذب روزانه در یک نمونه
رادیوتراپی ، افزایش درجه حرارت برابر ˚C 0005/0 خواهد بود . برای اندازه
گیری این درجه حرارت با دقت 1% بایستی سیستم اندازه گیری قادر به
آشکارسازی تغییرات درجه حرارت تا حدود چند میلیونیم درجه سانتی گراد باشد
. اگر ماده تحت تابش مانند بسیاری از کالریمترها کربن باشد ، افزایش درجه
حرارت حدود 6 مرتبه بزرگتر خواهد بود ، ولی هنوز اندازه گیری دقیق دارای
مشکلاتی می باشد . در اندازه گیری مقدار کم انرژی ، یک تبادل بسیار ناچیز
حرارت بین جرم جدا شده با محیط اطرافش می تواند تاثیر قابل توجهی بر روی
اندازه گیری داشته باشد . چنانچه برای بهتر مشخص نمودن نقطه اندازه گیری
عنصر حرارتی کوچک ساخته شود ، نسبت سطح به حجم آن افزایش یافته و این امر
سبب تشدید پدیده تبادل حرارتی می شود . در عمل دلایل دیگری هم برای عدم
کاهش جرم عنصر حرارتی وجود دارد . همان گونه که قبلاً ذکر شد ، عنصر
حرارتی نیاز به ترمیستور و گرم کن دارد و اینها از موادی متفاوت با آن
ساخته شده و بنابراین پرتو را به طریقه دیگری جذب می نمایند . بنابراین
جرم عنصر حرارتی در مقایسه با جرم مواد داخل آن بایستی بزرگ باشد تا سبب
اختلال جدی در اندازه گیری ها نشود .پیچیدگی بیشتر به خاطر آن است که
تمام آثار حرارتی در عنصر حرارتی الزاماً به خاطر انرژی انتقالی ، آن گونه
که در تعریف دوز جذب ذکر شده ، نمی باشد . تابش می تواند در عنصر حرارتی
تغییرات شیمیایی حرارت زا یا حرارت گیر ایجاد نماید و یا انرژی می تواند
در شبکه کریستالی ذخیره شود . جنس عنصر حرارتی می بایستی با دقت انتخاب
شود به طوری که دارای نقص حرارتی ناچیز و یا دقیقاً شناخته شده باشد .
معادله اصلی که دوز جذب D ، در یک نقطه در عنصر حرارتی را با انرژی آزاد
شده Eh به صورت حرارت ، و انرژی ذخیره شده Es به صورت شیمیایی یا فیزیکی
، در عنصر حرارتی ارتباط می دهد ، به صورت زیر است : Es نقص
حرارتی نامیده شده و چنانچه انرژی در شبکه کریستالی ذخیره شده و یا یک
واکنش انرژی خواه به وجود آید مثبت است . مقدار آن برای واکنشهای انرژی زا
منفی می باشد . از این جهت مواد ساده مانند فلزات یا کربن کمترین مشکل را
دارند .چنانچه ماده کالریمتر متفاوت از ماده ای باشد که در نظر است
دوز جذب در آن به دست آید ، انتقال دوز جذب از ماده کالریمتر به ماده مورد
نظر دارای مشکلاتی می باشد . اولاً مواد متفاوت به طرق مختلف برروی میدان
تابش تاثیر گذاشته و تولید شارهای تابشی متفاوتی در دو ماده می نماید .
ثانیاً بر طبق ضرائب جذب انرژی و قدرت توقف در مواد مختلف ، نسبتهای
مختلفی از انرژی تابشی جذب می شود . مشکل دوم در تمام دوزیمترهائی که مواد
جاذب آنها متفاوت از ماده دوزیمتر است ، مشترک می باشد .ساختن
کالریمترهای دوز جذب مشکل است ، زیرا از چندین قسمت ساخته شده که می
بایستی از یکدیگر از نظر حرارتی نارسانا بوده ولی تمامی آنها دارای سیمهای
الکتریکی برای سنسورهای درجه حرارت و المانهای حرارتی می باشند . یک
کالریمتر ساده دوز جذب آب توسط ( 1980 ) Domen معرفی شده که اساساً شامل
یک ترمیستور با قطر mm2/0 بین دو لایه بسیار نازک پلی اتیلن می باشد ، و
به طور افقی در داخل چهارچوب پلاستیکی نصب شده و درداخل یک تانک آب جدا
قرار می گیرد . پرتو از بالا به سطح آب می تابد و بنابراین لایه پلی اتیلن
مانع از جابه جایی آب در اثر گرادیان حرارتی در داخل تانک می شود .
نفوذپذیری حرارتی کم آب ، امکان اندازه گیری تندی دوز جذب در آن را تا
حدود Gy.min-1 4 ( 400 راد در دقیقه ) با دقت 5% فراهم می نماید . اندازه
گیری با این وسیله پس از توسعه در ساختمان و نحوه کار آن مقادیر دوز جذب
پرتوCo 60 را حدود 5/3 % بیشتر از مقادیر اندازه گیری شده با کالیمتر
کربنی نشان می دهد . این اختلاف به نقص حرارتی در آب مربوط شده و استفاده
بیشتر از کالیمترهای آبی نیاز به تحقیقات بیشتر در زمینه نقص حرارتی دارد .در
دوزیمتری به روشهای کالریمتری مشکلات اصلی عدم حساسیت آنها و کمی اطمینان
از تبادل حرارتی ناچیز بین عنصر حرارتی و محیط اطرافش در شرایط آزمایش می
باشد . در حالتهای ویژه ای این مسائل می تواند نادیده گرفته شود . مثلاً
هنگام اندازه گیری پرتوهای شدید در پرتو پالسی می توان از کالریمتر
استفاده نمود . زیرا مقدار زیادی انرژی برای جذب شدن وجود داشته و زمان
تابش به قدری کوتاه است که فرصت کمی برای تبادل حرارتی وجود دارد . البته
برای اندازه گیری تندی دوز جذب از روشهای دیگری استفاده می شود . به هر
حال از دوزیمتری به روش کالریمتری در بخش کوچکی از اندازه گیری ها استفاده
شده و بایستی روشهای دیگری با حساسیت بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد . تاقک های یونیزاسیوندر
اغلب اندازه گیری های دقیق دوز جذب از اتاقک های یونیزاسیون محتوی گاز
استفاده می شود . وسائل مربوطه معمولاً ساده و پرتابل و در انواع متعدد به
طور تجارتی موجود می باشد . با توجه به کاربرد دوزیمتر می توان نسبت به
انتخاب مناسب حجم اتاقک ، جنس ماده دیواره ، نوع و یا فشار گاز و حساسیت
آن در اندازه گیری دوز جذب تصمیم گیری نمود . انواع مختلف دوزیمترها
قادرند در محدوده وسیعی از تندی دوز جذب ، از تابش زمینه در آب در حدود
Gy/h 8-10 ( چند µrad/h ) تا تندی دوز جذب در نزدیکی هدف در یک شتاب دهنده
الکترون که می تواند Gy/s 106 ( Mrad/s 100 ) باشد ، ( یعنی بازه ای بیشتر
از 1016 مرتبه ) مورد استفاده قرار گیرند . پیچیدگی های عملی هنگام
استفاده از اتاقکهای یونیزاسیون معدود بوده و مهمترین آنها عدم جمع آوری
کامل یونهای به وجود آمده می باشد .اندازه گیری دوز جذببهره
یونهای فریک مستقیماً به وسیله اسپکتروفوتومتری محلول دوزیمتری که دارای
پیکهای جذبی در ماوراء بنفش nm224 و nm304 می باشد ، تعیین می شود .
معمولاً از قله دوم استفاده شده و دوز جذب D ، در محلول دوزیمتر از رابطه
زیر به دست می آید :که0
A و A جذب ( چگالی نوری ) محلول قبل و بعد از تابش اشعه ، ρ چگالی محلول
دوزیمتر بهره شیمیایی پرتو برای یونهای فریک ، l طول مسیر نور در محفظه
فوتومتر وm ε ضریب جذب مولی یونهای فریک ( ) است . ضریب جذب مولی با
رابطه تعریف می شود که c غلظت محلول است .اگر
از مقدار G به جای بهره شیمیایی پرتو استفاده شود ، صورت رابطه فوق بایستی
در ثابت آووگادرو ضرب شود ، همچنین واحدهای انرژی در دو طرف رابطه متفاوت
بوده و ضریبی برای تبدیل آنها ضروری است . چنانچه در این رابطه برای تمامی
عبارات طرف راست از واحدهای SI استفاده شود ، دوز جذب بر حسب Gy به دست می
آید .دوزیمتری شیمیاییجذب
پرتو یونیزان در برخی مواد می تواند سبب ایجاد تغییرات شیمیایی گردد .
چنانچه این تغییرات قابل اندازه گیری باشد ، از این مواد می توان برای
اندازه گیری دوز جذب پرتو استفاده نمود . صدها سیستم دوزیمتری شیمیایی
پیشنهاد شده ولی تعداد کمی از آنها در خارج از آزمایشگاههای اولیه مورد
استفاده قرار گرفته است. یکی از مهمترین آنها به وسیله Fricke و همکارانش
( Fricke & Morse ) پیشنهاد شده و دوزیمتر Fricke یا سولفات فرو
نامیده می شود . در این سیستم که اصولاً از یک محلول سولفات فرو در اسید
سولفوریک رقیق و اشباع شده از هوا تشکیل شده ، یونهای فرو ،2+ Fe ، توسط
پرتو به یونهای فریک Fe3+ ، اکسید می شود . مکانیزم آن کاملاً تحقیق شده
و به خوبی شناخته شده است . حداقل 96% محلول دوزیمتر را معمولاً آب تشکیل
می دهد ، و بنابراین برخورد پرتو عمدتاً با آب بوده و می تواند سبب
یونیزاسیون و یا تهیج مولکولهای آب تا حد بالاتر از شکست پیوند H-OH شود .
در زیر توضیح ساده ای از واکنشهای به وجود آمده نشان داده شده است .H2O H2O+ + e- + H2O*H2O* H + OHH2O+ H+ +OHرادیکال هیدروکسیل می تواند یک یون فرو2+ Fe را به یون فریک Fe3+ اکسید نماید .2+ + OH Fe3+ + OH – Feاتمهای
هیدروژن نیز با اکسیژن محلول ترکیب شده و رادیکال هیدروپراکسی H2O را
ایجاد می کند ، که به نوبه خود یونهای بیشتری از فرو را به فریک اکسید می
نماید .Fe2+ + HO2 Fe3+ + HO2-یون حاصل با یونهای+ H موجود در محلول تشکیل آب اکسیژنه H2O2 داده که این نیز یون فریک بیشتری را به وجود می آورد .Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH + OH-برای
دوزیمتری توسط دوزیمتریهای شیمیایی کمیتی به نام « بهره شیمیایی اشعه »
G(x) تعریف شده است . این کمیت مشابه عکس میانگین انرژی لازم برای
ایجاد یک جفت یون در دوزیمتری با اتاقک یونیزاسیون است . ( شاید یک بد
شانسی است که این دو روش دوزیمتری به طور جداگانه توسط یافته و نتیجتاً
کمیتی به نام بهره یونیزاسیون پرتو که می توانست مستقیماً مشابه بهره
شیمیایی پرتو باشد ، وجود ندارد ) . بهره شیمیایی پرتو به صورت نسبت
تعریف می شود ، که n(x) مقدار متوسط ماده با یک ماهیت مشخص x است که در
اثر انتقال انرژی متوسط به آن تولید شده ، از بین رفته یا تغییر یافته
است . واحد SI برای آن است . سالها از کمیت مشابه دیگری به نام « مقدار
G » استفاده می شد ، که نسبت تعداد متوسط ( در مقابل مقدار ماده ) از
ماهیتهای تولید شده ، از بین رفته ، یا تغییر یافته به انرژی انتقالی بود.
این کمیت به صورت تعداد ماهیتها در ev 100 بیان شده و واحد آن 1-( ev 100
) می باشد . استفاده از آن احتمالاً با انتقال تدریجی به بهره شیمیایی
پرتو از بین خواهد رفت . به هر حال این دو کمیت به وسیله رابطه زیر ارتباط
دارند. چنانچه بهره یونهای فریک مشخص باشد ، با اندازه گیری تعداد
مولها می توان انرژی جذب شده را با استفاده از بهره شیمیایی پرتو محاسبه
نمود .
- دوزیمتری ترمولومینانس TLDبعضی
از مواد دارای این خاصیت هستند که چنانچه در معرض پرتوهای یونساز قرار
گیرند آن را جذب کرده و می توانند قسمتی از آن را بصورت نور مرئی ساطع
کنند وکه به صورت فلوئورسانس، فسفر سانس و ترمولومینانس می تواند باشد. در
پدیده فلوئورسانس کریستال به محض قرار گرفتن درمقابل پرتو نور از خود ساطع
می کند، در مورد فسفر سانس این خاصیت با تاخیر انجام می شود و در مورد
ترمولومینانس این پدیده بر اثر حرارت بوقوع می پیوندد. خاصیت ترمولومینانس
به خاطر آن است که در کریستال های جامد معمولاً نقایصی از نوع ناخالص
مشاهده می گردد که دراطراف خود مناطقی با بار الکتریکی مثبت و منفی بوجود
می آورند. این مناطق که می توانند بارهای مخالف را جذب کنند دام Trap
نامیده می شوند. وقتی کریستال در مقابل پرتو قرار می گیرد بارهای
مثبت ( حفره ) و بارهای منفی ( الکترون ) آزاد شده و بعضی از آنها در دام
باقی می مانند و تا زمانی که انرژیهای لازم برای خروج به آنها نرسد در دام
می مانند. انرژی حرارتی سبب آزاد شدن بارها شده و پس از ترکیب تولید نور
می کنند.هر چه کریستال پرتو بیشتری جذب کرده باشد پس از حرارت دادن
نور بیشتری ساطع می نماید. یعنی نسبتی بین پرتو جذب شده و نور ساطع شده
وجود دارد ولی چون اندازه گیری نور حاصله بسیار مشکل است در مقابل آن
فتومولتی پلایر قرار می دهند که پس از تقویت ، جریان شدید بوجود آورده
تولید پالس قابل اندازه گیری توسط آمپرسنج می نماید. در دوزیمتری TLD از
موادی مانند CaF2 یا LiF (فلوئورید لیتیم) ویا CaSo4 استفاده می کنند.
کاربرد آنها بستگی به نوع پرتو، انرژی و اطلاعات خواسته شده دارد. امتیاز
این دوزیمتر مقاومت در برابر رطوبت و درجه حرارت محیط است و اطلاعات آن از
بین نمی رود.اغلب مواد کریستالی ، هنگامی که تحت تابش پرتوهای یونیزان
قرار گیرند ، بخشی از انرژی جذب شده را در شبکه کریستالی خود ذخیره می
نمایند . چنانچه این مواد متعاقباً حرارت داده شوند ، قسمتی از انرژی
ذخیره شده را به صورت فوتونهای نور آزاد نموده و می تواند با آشکارسازی
توسط یک فوتومولتی پلایر اندازه گیری شود . این اثر از دیرباز شناخته شده
و در قرن 19 برخی مواد که به طور مصنوعی فعال شده بودند ، مورد مطالعه
قرار گرفته اند .به نظر می رسد اولین کاربرد برای دوزیمتری کلینیکی
توسط ( 1954 ) Kossel et al انجام شده است ، ولی کارهای بعدی به وسیله (
1968 ) Cameron et al و ( 1973 ) Becker گزارش گردیده است . دوزیمتری
ترمولومینسانس از سایر سیستم های بحث شده مانند کالریمتری ، اتاقک
یونیزاسیون ، و دوزیمتری سولفات فرو متفاوت بوده و در آن درجه بندی برای
هر ماده کریستالی و سیستم قرائت در مقابل یک دوزیمتر دیگر ضروری است .نظریه ساده TLDترازهای
انرژی الکترونی در یک اتم منفرد ، به صورت سریهایی با سطوح انرژی مجزا می
باشد . این سطوح در یک شبکه کریستالی جامد ، در اثر برخورد بین اتمها
آشفته شده و به سریهای پیوسته ای به نام باند انرژی مجاز که توسط مناطق
انرژی ممنوع از یکدیگر جدا شده اند ، تبدیل می شود . این باندها در سراسر
کریستال توسعه یافته و الکترونها می توانند در میان آنها بدون نیاز به
انرژی اضافی حرکت کنند . بالاترین باند پرشده را باند ظرفیت می نامند
، که فاصله ای حدود چند ev با پائین ترین باند پرنشده به نام باند هدایت و
یا نوار رسانش ،دارد . الکترونهای باند ظرفیت با دریافت این انرژی می
توانند به نوار رسانش ارتقاء یافته و یک جای خالی در باند ظرفیت به نام
حفره مثبت به جای بگذارند . الکترون و حفره مثبت می توانند مستقلاً در
باندهای مربوطه حرکت کنند . این موضوع در کریستالهای کامل بوده ولی در عمل
به خاطر وجود نقصهای شبکه یا حضور ناخالصی ، در باندهای انرژی تغییراتی به
وجود می آید . این تغییرات منجر به ایجاد برخی سطوح انرژی در منطقه ممنوع
بین باندهای ظرفیت و رسانش می شود .دوزیمتری با فیلم عکاسیفیلمهای
عکاسی حاوی کریستالهای هالوژنه نقره ( اغلب برمور نقره ) می باشند ، که
در داخل ژلاتین قرار گرفته و به طور یکنواخت و نازک بر روی پایه پلاستیکی
نازکی توزیع شده است . از آنها برای دوزیمتری شخصی در حفاظت پرتوی در سطح
گسترده ای استفاده می شود . فیلمهای مورد استفاده برای این منظور دارای
قطر ذرات حدود µm 1 و ضخامت امولسیون µm 30-10 می باشند . از فیلمهای
عکاسی در برخی جنبه های دوزیمتری در پرتودرمانی نیز استفاده شده است .
برای چنین کاربردهایی از امولسیونهای نازکتر و ذرات ریزتر استفاده شده ،
زیرا کندی فیلم برای کنترل دقیق تر اکسپوژر می تواند یک مزیت محسوب شود .چگالی
نوری فیلم عکاسی با قرار گرفتن در معرض پرتو ابتدا به طور خطی افزایش
یافته ولی نهایتاً به مقداری کمتر از آنچه بر مبنای تناسب مستقیم انتظار
می رود ، کاهش می یابد . چنانچه فیلم در معرض فوتونهای با انرژی متفاوت
قرار گیرد و چگالی نوری در محدوده خطی فوق الذکر قرار داشته باشد ، ملاحظه
شده که چگالی نوری با تقریب اول متناسب با دوز جذب در ذرات هالوژنه نقره
است . این کمیت به سادگی قابل تعیین نمی باشد ، زیرا ذرات هالوژنه نقره
قسمتی از انرژی را از الکترونهای آزاد شده توسط فوتونها در خود یا ذرات
اطراف و بقیه انرژی را از الکترونهای آزاد شده در ژلاتین ، پایه فیلم و
سایر مواد اطراف دریافت می دارد . این یک شرایط پیچیده برای « پروب
دوزیمتر » بوده و موضوع مشابه مسئله کریستالهای LiF در داخل کیسه پلاستیکی
است که در قسمت قبلی بحث شد .بر اساس نظریه های موجود پاسخ فیلم به
تابش با انرژی های مختلف توسط ضخامت امولسیون ، اندازه ذرات هالوژنه نقره
و نسبت آنها به ژلاتین در امولسیون تغییر خواهد نمود . همچنین حساسیت ذرات
، حضور مواد اضافی و فعال کننده ، و نوع ظهور نیز در پاسخ فیلم به
فوتونهای با انرژی مختلف تاثیر می گذارد . پاسخ فیلم به انرژی فوتون در
محدوده بین Kev 400-40 می تواند با ضریبی در حدود 40 تغییر نماید ، این
تغییرات یک فاکتور محدود کننده در استفاده از فیلم برای دوزیمتری در
پرتودرمانی می باشد .دوز جذب در دوزیمتری به منظور حفاظت پرتوی با
ارزیابی انرژی ثبت شده بر روی فیلم به دست می آید . این امر با قرار دادن
فیلترهایی از مواد و ضخامتهای مختلف برروی فیلم و استفاده از فیلم برای
اندازه گیری تضعیف در این فیلترها انجام می شود . فیلم عکاسی پس از درجه
بندی در مقابل یک سیستم دوزیمتری دیگر قادر به ارائه دوز جذب با دقت کافی
برای مقاصد حفاظت پرتویی می باشد . در کاربردهای پرتودرمانی این گونه
نبوده و دوزیمتری با فیلم تنها برای اندازه گیری مقادیر نسبی دوز جذب به
کار می رود . همچنین برای آن که تغییرات در امولسیون از یک فیلم به فیلم
دیگر با شرایط ظهور به حداقل برسد ، بهتر است مقادیر نسبی مورد نظر بر روی
یک صفحه فیلم ثبت شود .فیلم عکاسی برای مقاصد دوزیمتری دارای برخی
مزایا می باشد . می تواند ظاهری دیدنی از میدان تابش در یک صفحه و یا
برروی سطح انحنایی که به راحتی می تواند با آن منطبق شود ، را به وجود
آورد . بنابراین برای تعیین موقعیت ، اندازه و شکل میدانهای پرتو ارزشمند
است . فیلم دارای قدرت تفکیک فضایی بهتر از سایر سیستمهای دوزیمتری بوده و
بنابراین برای اندازه گیری در مکانهایی که میدانهای پرتو در فضا به سرعت
تغییر می کند ، مثلاً در نزدیکی منابع اشعه ، در لبه های باریکه پرتو و
نزدیک مرز مشترک ها ، حفره ها یا سایر ناهمگنی ها ارزشمند است.پایه
فیلم و ژلاتین امولسیون به ندرت میدان تابش در آب یا محیط معادل بافت را
تغییر می دهد . گر چه کریستالهای هالوژنه نقره سبب مشکلاتی در اندازه گیری
فوتونهای کم انرژی می شود ، ولی باعث اغتشاش جدی محیط در هنگام اندازه
گیری پرتو با انرژی زیاد نمی شود مگر آنکه پرتو موازی فیلم باشد .اطلاعات
دوزیمتری زیادی را می توان به صورت یک سابقه برای مقایسه با اطلاعات به
دست آمده از موارد دیگر ، بر روی یک فیلم تنها ثبت نمود . این اطلاعات می
تواند به راحتی توسط یک دستگاه پرتودرمانی که حتی برای تحقیقات دوزیمتری
طراحی نشده ، به دست آید . متأسفانه دوزیمتری با فیلم مانند دوزیمتری
شیمیایی نیاز به تکنیکهای بالایی دارد . آشکارسازهای سنتیلاسیونبسیاری
از مواد از قبیل کریستالهای معدنی مانند یدور سدیم ، مواد آلی مانند
آنتراسن یا پلاستیکهای باردار شده با مواد شیمیایی ، هنگامی که تحت تابش
پرتوهای یونیزان قرار گیرند ، از خود نور تابش می کنند . نور تابشی از این
مواد می تواند توسط فوتومولتی پلایر آشکار شده و جریان خروجی از آن با
تقریب اول متناسب با تندی انرژی جذب شده در مواد آشکار ساز است . ترکیب
سنتیلاتور _ فوتومولتی پلایر وسیله بسیار حساسی بوده و جریان خروجی از آن
می تواند تا 108 برابر بزرگتر از جریان یک اتاقک یونیزاسیون با همان حجم
سنتیلاتور باشد . برای اندازه گیری در میدانهای مورد استفاده در
پرتودرمانی معمولاً حساسیت به طور غیر ضروری بالا است ، ولی برای اندازه
گیری در حفاظت پرتوی می تواند ارزشمند باشد .سنتیلاتور معمولاً برای
اندازه گیری فوتونها توسط یک میدان تابش معین ، مانند میدان حاصل از
رادیوم استاندارد یا منبعCo 60 کالیبره می شود . همچنین درجه بندی می
تواند توسط یک اکسپوژر سنج ، مشروط بر آنکه در بازه اندازه گیری تندی
اکسپوژر به قدر کافی حساس بوده و محدوده ای که سنتیلاتور استفاده می شود
را بپوشاند ، انجام شود . چنانچه سنتیلاتور به قدری نازک باشد که پرتو
داخل آن یکنواخت بوده و متقابلاً به قدری ضخیم باشد که هنگام قرار گرفتن
در مقابل فوتونها تعادل الکترونی کاملی به وجود آید ، پاسخ آن به ازاء
واحد اکسپوژر با انرژی فوتون تقریباً به صورت نسبت ضریب جذب جرمی انرژی
ماده سنتیلاتور به هوا تغییر می کند . بنابراین تغییرات پاسخ به ازاء واحد
اکسپوژر برای ماده ای چون یدور سدیم با عدد اتمی بالاتر ، بیشتر از موادی
چون پلاستیک با عدد اتمی نزدیک به هوا خواهد بود . اگر سنتیلاتور
دارای ابعادی در حدود چند سانتی متر باشد ، مانند آنچه معمول است ، شرایط
پیچیده تر می شود . سنتیلاتور برای فوتونهای با انرژی کم تقریباً مانند یک
جاذب کامل فوتونها عمل نموده و ارتباطی به ضریب جذب جرمی انرژی ندارد . در
انرژی های بیشتر شرایط جذب کلی نبوده ولی اولاً پرتو در داخل سنتیلاتور
یکنواخت نخواهد بود و در ثانی برخی تابشهای فوتون ثانویه ( فوتونهای
پراکنده کمپتون ، پرتو x اختصاصی و تابش محو جرم ) که هنگام محاسبه ضریب
جذب انرژی فرض می شود از محیط خارج شوند ، در حقیقت به وسیله سنتیلاتور
جذب خواهد شد . بنابراین در تفسیر نتایج یک آشکار ساز سنتیلاسیون « ضخیم »
هنگامی که انرژی فوتونها از آنچه برای آن کالیبره شده متفاوت است ، بایستی
دقت بیشتری بعمل آید .دقت مشابهی هنگام اندازه گیری الکترونها لازم
است . مادامی که الکترونها کسر کوچکی از انرژی خود را در عبور از
سنتیلاتور از دست می دهند ، پاسخ تقریباً متناسب با تندی دوز جذب در ماده
سنتیلاتور خواهد بود . این تندی دوز جذب متناسب با تندی دوز جذب توسط لایه
نازک مشابهی از مواد دیگر مانند آب یا بافت خواهد بود . زیرا قدرت توقف
سنتیلاتور و آب احتمالاً با انرژی الکترون به کندی تغییر می نماید . به هر
حال با افزایش ضخامت سنتیلاتور مقادیر بیشتری از الکترونها جذب شده تا
اینکه تقریباً به یک وسیله جذب کامل تبدیل می شود . بنابراین به تدریج از
یک نشان دهنده تندی دوز جذب به وسیله ای برای اندازه گیری تندی شار انرژی
تغییر خواهد یافت .چنانچه ترکیب سنتیلاتور _فوتومولتی پلایر به جای
اندازه گیری جریان در حالت شمارش پالس قرار گیرد ، مجموعه از حالت اندازه
گیری مستقیم دوز جذب خارج شده و به صورت آشکار ساز عمل می کند .
